基于電力電子技術(shù)的連續(xù)無功補(bǔ)償控制分析

　　系統(tǒng)的特性曲線可近似用下式表示：

　　由（7）式可以看出，無功功率的變化，引起系統(tǒng)電壓成比例的變化，系統(tǒng)供給的無功功率為負(fù)載和補(bǔ)償器無功功率之和，即：

。

　　在電力工程運(yùn)行過程中，負(fù)載無功功率

變化時，補(bǔ)償器的無功功率

總能夠彌補(bǔ)負(fù)載無功功率

的變化，從而使得

，無功功率

維持不變。由（7式）可知，

，系統(tǒng)電壓

維持恒定，這就是對無功功率進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償的基本原理。

　　圖2b標(biāo)繪出了動態(tài)的無功補(bǔ)償，系統(tǒng)的工作點(diǎn)保

的 點(diǎn)處，即

；當(dāng)使系統(tǒng)的工作點(diǎn)保持在

的C點(diǎn)處時，即

，系統(tǒng)即實現(xiàn)了功率因數(shù)的完全補(bǔ)償。

　　工程實際運(yùn)用過程中，一般把負(fù)載包括在系統(tǒng)之內(nèi)，進(jìn)行總體等效，將圖2a系統(tǒng)和負(fù)載部分等效為圖 3a系統(tǒng)虛框內(nèi)的部分。忽略內(nèi)部阻抗中的電阻，電抗。由于補(bǔ)償器具有維持連續(xù)點(diǎn)電壓恒定的作用，可以將其視為恒定電壓源，電壓值取為等效前連接點(diǎn)處未接補(bǔ)償器且負(fù)載無功不變時的供電電壓。

　　當(dāng) 為零時，補(bǔ)償器具有圖3b中所示的水平的理想補(bǔ)償器特性，而實際的靜止無功補(bǔ)償裝置不設(shè)計成具有水平的電壓－電流特性，而是該圖中所示的傾斜特性，傾斜的方向是電壓隨吸收的感性電流的增加而升高，這種傾斜特性還可以兼顧補(bǔ)償器容量和電壓穩(wěn)定的要求，可以改善并聯(lián)補(bǔ)償器之間的電流分配，并有利于預(yù)留穩(wěn)定要求的無功備用。

　　投入補(bǔ)償器后，補(bǔ)償器所吸收的無功功率為：

　　因為實際補(bǔ)償器中 不為零，所以補(bǔ)償器吸收的無功功率相對理想補(bǔ)償情況而言是減小了。連接點(diǎn)電壓也并不像理想補(bǔ)償器時保持原正常值不變，而是變化了：

　　因此，在具有傾斜特性的無功功率特性中，實際補(bǔ)償器所需容量比理想補(bǔ)償器所需容量有較大幅度的減小。當(dāng)

時，能維持連接點(diǎn)電壓變化為系統(tǒng)電源電壓變化一半的補(bǔ)償器，所需容量為理想補(bǔ)償器的一半，這就是所謂的補(bǔ)償器容量與電壓調(diào)整之間折中的問題。

6　結(jié)合實例淺談無功補(bǔ)償?shù)淖饔?p>　　以某大型項目能源中心為例，該項目供電電源的電壓等級為10kV，設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動機(jī)的供電電壓等級，投資較省，減少變電環(huán)節(jié)，同時亦減少了故障點(diǎn)。根據(jù)負(fù)荷計算，共采用六路10kV電源，分別對高壓電動機(jī)直配。

　　該項目中，高壓電動機(jī)主要用于中央空調(diào)機(jī)組、冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵等多臺設(shè)備。這些設(shè)備單機(jī)容量很大，離心機(jī)組單機(jī)最大達(dá)2810kW(共5臺)，小的870kW(共4臺)，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)560kW(共9臺)，冷卻水循環(huán)泵單機(jī)380kW(共3臺)，自然功率因數(shù)在0.8左右。如果在10kV配電室集中補(bǔ)償電容，不采用高壓無功自動補(bǔ)償?shù)脑?，如此大容量的電動機(jī)起、停會使10kV側(cè)功率因數(shù)不穩(wěn)定，有可能造成過補(bǔ)償，引起系統(tǒng)電壓升高。同時，從配電室至冷凍機(jī)房高壓電動機(jī)的線路最近50m，最遠(yuǎn)140m，線路損耗相當(dāng)可觀，綜合考慮到高壓自動補(bǔ)償元件、技術(shù)、價格均要求較高，因此采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動機(jī)同時投切。高壓電容器組放置在電動機(jī)附近，這些電動機(jī)采用自耦降壓起動方式，高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護(hù)，裝設(shè)避雷器用于過電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，同時釋放了系統(tǒng)容量，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資。

　　對于低壓設(shè)備，由二臺1000kVA及二臺1600kVA變壓器配出，低壓電機(jī)配置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側(cè)采用電容器組集中自動補(bǔ)償。雖然一些低壓電動機(jī)的容量也不小，但這些設(shè)備主要用于鍋爐房和給排水設(shè)備，鍋爐房的設(shè)備不如冷凍機(jī)房集中，環(huán)境較差，管理不便，因此，在低壓配電室采用按功率因數(shù)大小自補(bǔ)償是較合適的。

7　結(jié) 語

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子器件的不斷研制創(chuàng)新，無功功率補(bǔ)償也處于不斷發(fā)展之中，目前，國內(nèi)外的研制成果發(fā)展迅速，出現(xiàn)了許多種類的SVC、SVG補(bǔ)償裝置。比如：牡丹江科海電氣設(shè)備有限公司研制開發(fā)的G（X）JF1型、G（X）JK1型（接觸器式）、G（X）D1型電容器跟蹤投切柜（箱）以及VQCL―D12/J12無功補(bǔ)償控制器；哈爾濱工大威翰科技開發(fā)有限責(zé)任公司研制開發(fā)的HVC高壓自動無功電壓綜合調(diào)節(jié)裝置和TSC系列可控硅動態(tài)無功功率補(bǔ)償器；深圳市賽源電氣技術(shù)有限公司研制開發(fā)的JKWA－15A型和JKWA―12J型低壓無功補(bǔ)償控制器等等。雖然兼顧價格、質(zhì)量、體積、操作等一系列因素最優(yōu)化配置的補(bǔ)償裝置目前還沒有面世，但是，發(fā)展前景比較廣闊。